Microrrobôs voadores terão asa de inseto e giro de helicóptero

Imitar a natureza tem sido uma tática de muito sucesso entre os cientistas, principalmente entre os construtores de robôs. Afinal, reproduzir técnicas de movimento e voo que a natureza levou milhões de anos para aprimorar parece ser uma opção inteligente.

Tanque de provas, onde as asas foram movimentadas submersas em óleo, para simular a viscosidade do ar. [Imagem: Dickinson lab]

Mas sempre restou uma dúvida entre os cientistas quando o assunto é a construção de microrrobôs voadores. Há insetos que voam batendo as asas e há insetos que voam girando as asas. Qual seria a melhor abordagem?

Eficiência no voo

É praticamente um consenso entre os cientistas que os microrrobôs com asas, imitando as libélulas, seriam mais eficientes em termos de gasto de energia do que microrrobôs dotados de hélices, como helicópteros, ou mesmo do que aqueles que voam como aviões. E energia é algo valioso quando se trata de fazer voar um robô que pesa poucos gramas e não pode se dar ao luxo de carregar grandes baterias.

David Lentink, da Universidade de Wageningen, na Holanda, resolveu tirar a prova, testando esse consenso, a fim de obter uma resposta definitiva sobre qualdesign da natureza é melhor copiar. Ou mesmo se o projeto dos helicópteros seria o melhor.

Para isso, ele fez o que nenhum roboticista havia feito até agora: ele comparou rigorosamente o gasto de energia das asas de um microrrobô entre os dois tipos de movimento, batendo e girando.

Asas que batem e asas que giram

O pesquisador construiu as asas, inspiradas nas asas de uma mosca, mas em tamanho ampliado. A seguir, mergulhou-as em um tanque com óleo e comparou o gasto de energia quando as asas são postas para bater e quando elas são postas para girar, como os helicópteros fazem com suas asas giratórias.

O resultado não deixa margem a dúvidas: um microrrobô pode economizar até 50% de energia se ele fizer as asas girarem, como um helicóptero, em vez de batê-las para tentar imitar um inseto ou um pássaro, mantendo o mesmo nível de sustentação.

Voo híbrido

A descoberta influenciará todo o futuro desenvolvimento de microrrobôs voadores, que poderão passar a ter um desenho híbrido e usufruir da eficiência dos dois elementos: o desenho da asa dos insetos, que é mais leve e mais eficiente nessa escala, e o giro usado nos helicópteros.

A movimentação circular das asas também é mais econômica em termos de equipamentos, uma vez que elas podem ser conectadas diretamente ao eixo do motor, sem necessidade de nenhuma engrenagem ou sistema complicado de controle.

O consenso também caiu por terra. "Os engenheiros acreditavam até agora que máquinas voadoras do tamanho de moscas deveriam voar como uma mosca para serem energeticamente eficientes, mas nós demonstramos que isso não é verdade," diz Lentink.

Vórtices de sustentação

O vórtice responsável pela sustentação pode ser visto claramente conforma a asa se movimenta. [Imagem: David Lentink]

A explicação para o resultado é que as asas girantes dos insetos podem gerar muito mais sustentação do que era previsto pela teoria da aerodinâmica - até duas vezes mais. A sustentação extra é gerada por um vórtice em forma de tornado que gira paralelamente à borda dianteira da asa. Esse vórtice diminui a pressão sobre a asa e puxa-a para cima, sustentando o peso do inseto no ar.

Observando cuidadosamente o movimento no tanque de óleo, Lentink e seu colega Michael Dickinson observaram que o movimento giratório da asa gera a sustentação de forma mais eficiente.

Compreender melhor para copiar bem

Contudo, a pesquisa não responde a todas as perguntas, sobretudo, como construir um robô que consiga voar por horas como uma mosca, enquanto os mais eficientes microrrobôs e suas microbaterias não conseguem ficar no ar por mais do que uns poucos minutos. "Com uma forma tão eficaz de armazenamento de energia e motores musculares, as moscas são muito menos dependentes da eficiência energética do que os nossos melhores robôs voadores," diz Dickinson.

"Nós poderemos continuar a aprender com a natureza como melhorar os projetos de nossos robôs voadores, mas não sem um melhor entendimento de por que as moscas voam tão bem," conclui ele.

Os microrrobôs veem sendo alvo de intensas pesquisas devido às inúmeras possibilidades de sua utilização, que vão desde a exploração de Marte até operações de resgate e salvamento em locais de desastres naturais.

Fonte: Inovação Tecnológica